应变率对岩石变形过程声发射特征的影响

摘要

应变率是岩石力学性质和声发射特性的重要影响因素。针对应变率对岩石弹性变形过程声发射特征的影响问题,进行了含孔花岗岩双轴加载过程的声发射监测实验,通过研究岩石变形(弹、塑性)过程应变率和声发射率变化趋势之间的关系,揭示应变率对岩石变形过程声发射特征的影响机制。结果表明:(1)在弹性变形过程中应变率、声发射率变化曲线均表现为"升→降→稳"的阶段性和趋势性变化,二者高度相关;在塑性变形过程中应变率基本稳定、声发射率呈递增的趋势性变化,二者显著无关。(2)声发射率趋势性变化取决于岩石内部摩擦强度。摩擦强度主要由摩擦面积(与裂隙相关)、摩擦速率(取决于应变率)决定。在弹性变形过程中,几乎无新裂隙产生,摩擦面积一定,声发射率趋势性变化主要受应变率支配;在塑性变形过程,应变率相对稳定,局部裂隙不断产生,摩擦面积增加,声发射趋势性变化主要受控于破裂面面积。(3)声发射趋势性成分来源于岩石内部摩擦属于连续型信号,破裂发育产生的声发射是突发型信号;基于此差异,提出声发射特征新指标——声发射突变率,它可有效提取由破裂发育所产生的声发射突变信息,与声发射率的趋势性相结合,能更全面反映岩石破裂发育情况。